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高考有机化学试题,无论是推断题还是合成题,都是综合考查有机物性质的一类试题,试题具有源于课本、又略高于课本的特点。由于有机物的性质主要由官能团决定,而一种有机物可能同时具有多种官能团。因此,我们在进行有机物专题复习时,要在牢固掌握各类“基团”的特征性质的基础上,综合运用“基团”的组合来解决有机化学问题。
一、 以基团为基础,熟悉各类基团的特征性质
1.各类有机物的特征基团和特征性质
特征基团是有机物的基础,因此有机物复习要熟练掌握各类基团的特征性质,并将它们进行比较。
例1 从甜橙的芳香油中可分离得到如图结构的化合物,现有试剂:①KMnO4酸性溶液、②H2/Ni、③Ag(NO3)2OH、④新制Cu(OH)2,能与该化合物中所有官能团都发生反应的试剂有()。
A.①②B.②③C.③④D.①④
解析 本题主要是考查各官能团的性质,从所给化合物的结构式可以看出,该化合物主要含有—CHO和>C=C<两种官能团,根据它们的性质可以判断,两种官能团都能使KMnO4酸性溶液褪色,能在催化剂存在情况下与H2发生加成反应,但>C=C<不能与③、④两种试剂反应。所以选A。由此可以看到,牢固掌握各类基团的化学性质是解答有机化学试题的基础。
2.各类特征基团反应的断裂方式
在熟悉各类有机物特征基团及其所具有的特征性质的基础上,还应该深入理解各类反应的断键方式。
以醇类为例,乙醇发生催化氧化反应的时候,断的是O—H键和α碳上的C—H键。
据此,可以推断醇发生催化氧化反应条件是α碳上具有H原子,可知丙醇能够发生催化氧化反应,而2—甲基—2—丙醇就不能发生催化氧化反应。
乙醇的消去反应则断裂的是羟基与β碳上的C—H键。
例2 具有相同分子式的几种一溴代烷,其水解后的产物在红热铜丝催化下,最多可被氧化成4种不同的醛,这种一溴代烷的分子式是()。
A.C3H7Br B.C5H11Br C.C4H9Br D.C6H13Br
解析 解答此题的关键是要理解醇在铜丝催化下发生氧化反应时的断键方式,然后推断出只有含有—CH2OH基团的醇才能被氧化成醛。因此一溴代烷的结构简式可表示为R—CH2Br,变化如下:R—CH2Br→R—CH2OH→R—CHO,因为丁基有4种同分异构体,所以选B。
二、 注意基团间的相互影响与相互协作
1.注意基团的相互影响对有机物性质的影响
当有机物分子中存在多种基团时,有机物除具有各基团所具有的性质外,由于基团之间的相互影响,还会使有机物的性质发生一些变化。解题时,要首先理清这些基团互相影响导致的性质变化,比较它们的共性和个性。常见的有以下几点:
(1)醇、苯酚和羧酸中的羟基的活泼性 醇、酚、酸中都含有羟基,但由于R—、C6H6—和RCO—基团对—OH的影响不同,导致—OH的活泼性不同。活泼性由醇到酸依次增强。体现在它们的化学性质上,有如下特征。
共性:
乙醇、苯酚和乙酸都能与金属钠发生置换反应。
递变性:
R—OH:中性,不能与NaOH、Na2CO3反应;
C6H5—OH:弱酸性,酸性比碳酸弱,不能使指示剂变色,能与NaOH、Na2CO3反应,不能与NaHCO3反应;
R—COOH:弱酸性,具有酸的通性,能与NaOH、Na2CO3、NaHCO3反应。
(2)苯酚和苯 分子中都有苯环,所以都能与溴发生取代反应,但由于受苯酚中—OH的影响,苯酚中苯环的邻、对位上的氢原子要比苯活泼,所以比苯容易发生反应。
反应条件为液溴、催化剂,生成一溴取代物。
反应条件为溴水、无催化剂,生成三溴取代物。
(3)苯与甲苯 由于受甲苯中甲基的影响,甲苯中的苯环变得比较活泼,体现在与硝酸的硝化反应上。
苯的硝化反应:
甲苯的硝化反应:
(4)甲基与甲烷 甲苯可看作是甲烷分子中的一个氢原子被苯基取代的产物,但由于甲苯中的苯基影响,使得甲基比甲烷要活泼,所以甲基能够使酸性高锰酸钾溶液褪色。
2.寻找特征基团,推断物质的性质
既然有机物的性质是由其特征基团决定的,在解题时,我们就要首先找出有机物所含有的特征基团,再根据这些特征基团的性质推断所给有机物的性质。
例3 莽草酸是一种合成治疗禽流感药物达菲的原料,鞣酸存在于苹果、生石榴等植物中。下列关于这两种有机化合物的说法正确的是()。
A.两种酸都能与溴水反应
B.两种酸遇三氯化铁溶液都显色
C.鞣酸分子与莽草酸分子相比多了两个碳碳双键
D.等物质的量的两种酸与足量金属钠反应产生氢气的量相同
解析 分析莽草酸和鞣酸的结构,可以看出莽草酸结构中含有醇羟基、碳碳双键和羧基三种官能团,鞣酸结构中则含有酚羟基、苯基、羧基三种特征基团。碳碳双键能够和溴水发生加成反应,酚可以与溴水发生取代反应,所以两种都能与溴水反应,A选项正确。只有鞣酸中含有酚羟基,能够遇三氯化铁溶液显色,B项不正确。鞣酸结构中的苯环并不存在单、双键交替,所以C项不正确。在两种酸中,能够与金属钠反应的是醇羟基、酚羟基和羧基,二者都含有三个羟基和一个羧基,所以等物质的量的两种酸与钠反应放出的氢气一样多,D选项正确。
例4 根据图示填空
(1)化合物A含有的官能团是_________________。
(2)1 mol A与2 mol H2反应生成1 mol E,其反应方程式是__________。
(3)与A具有相同官能团的A的同分异构体的结构简式是__________。
(4)B在酸性条件下与Br2反应得到D,D的结构简式是__________。
(5)F的结构简式是__________,由E生成F的反应类型是__________。
分析 解答本题的关键是能够综合题给的信息片断,推断出A的结构式,而要推断A的结构式就要能够推断出A中所含的官能团。由A→C的变化可以推断出A中含有一个羧基;由A→B的变化可以推断出A中含有一个醛基;B应该为羧酸盐,由B→D的反应可推断出B中含有一个碳碳双键,再结合问题(2)中“1 mol A与2 mol H2反应生成1 mol E”的提示可以推断,A中醛基和碳碳双键应各为一个。再结合F的化学式为C4H6O2(A中含有4个碳)和“D中碳链没有支链”的信息,可以推断出A的结构简式为OHC—CH=CH—COOH。
解 (1)碳碳双键、醛基、羧基
总之,有机化学的复习一定要牢固掌握各类有机物的特征基团和特征性质,熟悉各种基团反应时的断裂方式,综合有机物结构中所含的特征基团来推断有机物的性质。
一、 以基团为基础,熟悉各类基团的特征性质
1.各类有机物的特征基团和特征性质
特征基团是有机物的基础,因此有机物复习要熟练掌握各类基团的特征性质,并将它们进行比较。
例1 从甜橙的芳香油中可分离得到如图结构的化合物,现有试剂:①KMnO4酸性溶液、②H2/Ni、③Ag(NO3)2OH、④新制Cu(OH)2,能与该化合物中所有官能团都发生反应的试剂有()。
A.①②B.②③C.③④D.①④
解析 本题主要是考查各官能团的性质,从所给化合物的结构式可以看出,该化合物主要含有—CHO和>C=C<两种官能团,根据它们的性质可以判断,两种官能团都能使KMnO4酸性溶液褪色,能在催化剂存在情况下与H2发生加成反应,但>C=C<不能与③、④两种试剂反应。所以选A。由此可以看到,牢固掌握各类基团的化学性质是解答有机化学试题的基础。
2.各类特征基团反应的断裂方式
在熟悉各类有机物特征基团及其所具有的特征性质的基础上,还应该深入理解各类反应的断键方式。
以醇类为例,乙醇发生催化氧化反应的时候,断的是O—H键和α碳上的C—H键。
据此,可以推断醇发生催化氧化反应条件是α碳上具有H原子,可知丙醇能够发生催化氧化反应,而2—甲基—2—丙醇就不能发生催化氧化反应。
乙醇的消去反应则断裂的是羟基与β碳上的C—H键。
例2 具有相同分子式的几种一溴代烷,其水解后的产物在红热铜丝催化下,最多可被氧化成4种不同的醛,这种一溴代烷的分子式是()。
A.C3H7Br B.C5H11Br C.C4H9Br D.C6H13Br
解析 解答此题的关键是要理解醇在铜丝催化下发生氧化反应时的断键方式,然后推断出只有含有—CH2OH基团的醇才能被氧化成醛。因此一溴代烷的结构简式可表示为R—CH2Br,变化如下:R—CH2Br→R—CH2OH→R—CHO,因为丁基有4种同分异构体,所以选B。
二、 注意基团间的相互影响与相互协作
1.注意基团的相互影响对有机物性质的影响
当有机物分子中存在多种基团时,有机物除具有各基团所具有的性质外,由于基团之间的相互影响,还会使有机物的性质发生一些变化。解题时,要首先理清这些基团互相影响导致的性质变化,比较它们的共性和个性。常见的有以下几点:
(1)醇、苯酚和羧酸中的羟基的活泼性 醇、酚、酸中都含有羟基,但由于R—、C6H6—和RCO—基团对—OH的影响不同,导致—OH的活泼性不同。活泼性由醇到酸依次增强。体现在它们的化学性质上,有如下特征。
共性:
乙醇、苯酚和乙酸都能与金属钠发生置换反应。
递变性:
R—OH:中性,不能与NaOH、Na2CO3反应;
C6H5—OH:弱酸性,酸性比碳酸弱,不能使指示剂变色,能与NaOH、Na2CO3反应,不能与NaHCO3反应;
R—COOH:弱酸性,具有酸的通性,能与NaOH、Na2CO3、NaHCO3反应。
(2)苯酚和苯 分子中都有苯环,所以都能与溴发生取代反应,但由于受苯酚中—OH的影响,苯酚中苯环的邻、对位上的氢原子要比苯活泼,所以比苯容易发生反应。
反应条件为液溴、催化剂,生成一溴取代物。
反应条件为溴水、无催化剂,生成三溴取代物。
(3)苯与甲苯 由于受甲苯中甲基的影响,甲苯中的苯环变得比较活泼,体现在与硝酸的硝化反应上。
苯的硝化反应:
甲苯的硝化反应:
(4)甲基与甲烷 甲苯可看作是甲烷分子中的一个氢原子被苯基取代的产物,但由于甲苯中的苯基影响,使得甲基比甲烷要活泼,所以甲基能够使酸性高锰酸钾溶液褪色。
2.寻找特征基团,推断物质的性质
既然有机物的性质是由其特征基团决定的,在解题时,我们就要首先找出有机物所含有的特征基团,再根据这些特征基团的性质推断所给有机物的性质。
例3 莽草酸是一种合成治疗禽流感药物达菲的原料,鞣酸存在于苹果、生石榴等植物中。下列关于这两种有机化合物的说法正确的是()。
A.两种酸都能与溴水反应
B.两种酸遇三氯化铁溶液都显色
C.鞣酸分子与莽草酸分子相比多了两个碳碳双键
D.等物质的量的两种酸与足量金属钠反应产生氢气的量相同
解析 分析莽草酸和鞣酸的结构,可以看出莽草酸结构中含有醇羟基、碳碳双键和羧基三种官能团,鞣酸结构中则含有酚羟基、苯基、羧基三种特征基团。碳碳双键能够和溴水发生加成反应,酚可以与溴水发生取代反应,所以两种都能与溴水反应,A选项正确。只有鞣酸中含有酚羟基,能够遇三氯化铁溶液显色,B项不正确。鞣酸结构中的苯环并不存在单、双键交替,所以C项不正确。在两种酸中,能够与金属钠反应的是醇羟基、酚羟基和羧基,二者都含有三个羟基和一个羧基,所以等物质的量的两种酸与钠反应放出的氢气一样多,D选项正确。
例4 根据图示填空
(1)化合物A含有的官能团是_________________。
(2)1 mol A与2 mol H2反应生成1 mol E,其反应方程式是__________。
(3)与A具有相同官能团的A的同分异构体的结构简式是__________。
(4)B在酸性条件下与Br2反应得到D,D的结构简式是__________。
(5)F的结构简式是__________,由E生成F的反应类型是__________。
分析 解答本题的关键是能够综合题给的信息片断,推断出A的结构式,而要推断A的结构式就要能够推断出A中所含的官能团。由A→C的变化可以推断出A中含有一个羧基;由A→B的变化可以推断出A中含有一个醛基;B应该为羧酸盐,由B→D的反应可推断出B中含有一个碳碳双键,再结合问题(2)中“1 mol A与2 mol H2反应生成1 mol E”的提示可以推断,A中醛基和碳碳双键应各为一个。再结合F的化学式为C4H6O2(A中含有4个碳)和“D中碳链没有支链”的信息,可以推断出A的结构简式为OHC—CH=CH—COOH。
解 (1)碳碳双键、醛基、羧基
总之,有机化学的复习一定要牢固掌握各类有机物的特征基团和特征性质,熟悉各种基团反应时的断裂方式,综合有机物结构中所含的特征基团来推断有机物的性质。